2022년 3월 5일 에너지관리기사 필기 자료에는 메탄올의 완전연소에 필요한 이론공기량을 묻는 문제가 있습니다. 먼저 연료 속 산소까지 포함해 반응식을 맞춘 뒤, 연료 질량을 몰수로 바꾸고 마지막에 공기 중 산소 비율을 적용하는 순서로 풀 수 있습니다.
숫자를 넣기 전에 정리할 조건
| 확인할 항목 | 내용 |
|---|---|
| 반응식 | CH₃OH + 1.5O₂ → CO₂ + 2H₂O입니다. 메탄올 자체에 산소 원자가 하나 들어 있어 외부에서 공급할 산소는 연료 1mol당 1.5mol입니다. |
| 질량에서 몰수로 | 분자량을 32kg/kmol로 두면 메탄올 1kg은 1/32kmol입니다. 필요한 산소는 1.5/32kmol이 됩니다. |
| 산소에서 공기로 | 건조 공기의 산소 체적분율을 0.21, 기준 상태의 기체 몰부피를 22.4Nm³/kmol로 두는 연습 조건을 사용합니다. 산소의 부피와 공기의 부피를 구분합니다. |
산소량과 공기량을 나란히 검산
위 조건에서 이론산소량은 (1.5÷32)×22.4=1.05Nm³입니다. 필요한 산소가 전체 공기의 21%이므로 이론공기량은 1.05÷0.21=5.0Nm³입니다. 결과를 반대로 검산하면 공기 5.0Nm³에 포함된 산소가 1.05Nm³로 처음 계산과 같습니다.
연료를 메탄으로 바꾸면 분자식과 연료 분자량이 모두 달라집니다. 비슷한 이름의 연료라는 이유로 메탄올의 1.5 계수와 분자량 32를 그대로 쓰면 산소량부터 달라집니다. 문제의 연료식, 질량 기준, 표준상태 가정을 각각 표시하세요.
위 풀이는 표시한 근삿값과 이상기체 기준을 사용했습니다. 시험지에 몰부피나 공기 조성이 따로 주어진 경우에는 그 수치를 사용합니다.
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